Como nutriente natural, la miel contiene una variedad de compuestos fenólicos, que pueden servir como donadores de hidrógeno, combinarse directamente con los radicales libres de oxígeno, eliminar los radicales libres de oxígeno e inhibir la actividad de ciertas enzimas, inhibiendo así la actividad de los radicales libres de oxígeno. Una variedad de aminoácidos contenidos en la miel pueden estar relacionados con la eliminación de radicales libres. Los estudios han encontrado que el contenido de prolina en la miel está significativamente relacionado con su capacidad para eliminar los radicales libres. Además, la SOD (superóxido dismutasa) de la miel también es una de las razones por las que la miel es antioxidante. La miel contiene tocoferol (vitamina E), ácido ascórbico (vitamina C) y betacaroteno (Crane, 1975), todos los cuales son antioxidantes. Además, la miel contiene catalasa y peroxidasa, que en algunos casos pueden eliminar el peróxido de hidrógeno y también tiene efectos antioxidantes. Engels y McGee, profesores del Departamento de Ciencia de los Alimentos y Nutrición Humana de la Universidad de Illinois, señalaron en un artículo publicado en 2002 que el contenido de antioxidantes por gramo de miel es de 3 a 17 unidades, y el contenido de antioxidantes por gramo de frutas y las verduras es de 0,5 a 16 unidades, lo que indica que el contenido de antioxidantes de la miel es equivalente al de las frutas y verduras.
Schramm y Keane, profesores del Departamento de Nutrición de la Universidad de California, señalaron en un artículo publicado en 2002 que la miel puede transportar antioxidantes y proteger la salud humana. Señalaron que los radicales libres y las especies reactivas de oxígeno promueven el envejecimiento humano y provocan diversas enfermedades como el cáncer y las enfermedades cardiovasculares. Los humanos pueden protegerse de las especies reactivas de oxígeno absorbiendo los antioxidantes de los alimentos. Cada gramo de miel puede aportar hasta 2 mg de antioxidantes fenólicos. Además, muchos tipos de miel proporcionan pequeñas cantidades de vitaminas antioxidantes como la vitamina C, y las investigaciones muestran que los antioxidantes fenólicos de la miel están biodisponibles y pueden proteger la salud humana. Se recomienda utilizar miel para reemplazar parte del azúcar en el procesamiento de alimentos, lo que puede aumentar de manera específica la cantidad total de antioxidantes consumidos por el cuerpo humano.